საიდან გაჩნდა ატომები? წყალბადი ბუნებაში (0,9% დედამიწის ქერქში) რატომ, დედამიწის ქერქში ატომების რაოდენობის მიხედვით?
აქამდე, ატომურ თეორიაზე საუბრისას, იმის შესახებ, თუ როგორ მიიღება სხვადასხვა თანმიმდევრობით ერთმანეთთან დაკავშირებული რამდენიმე ტიპის ატომიდან, სრულიად განსხვავებული ნივთიერებები, ჩვენ არასოდეს დაგვისვამს "ბავშვური" კითხვა - საიდან გაჩნდა თავად ატომები? რატომ არის ზოგიერთი ელემენტის ბევრი ატომები, ზოგი კი ძალიან ცოტა, და ისინი ძალიან არათანაბრად არის განაწილებული? მაგალითად, მხოლოდ ერთი ელემენტი (ჟანგბადი) შეადგენს დედამიწის ქერქის ნახევარს. სამი ელემენტი (ჟანგბადი, სილიციუმი და ალუმინი) სულ უკვე შეადგენს 85%-ს და თუ მათ დავუმატებთ რკინას, კალიუმს, ნატრიუმს, კალიუმს, მაგნიუმს და ტიტანს, უკვე მივიღებთ დედამიწის ქერქის 99,5%-ს. რამდენიმე ათეული სხვა ელემენტის წილი მხოლოდ 0,5%-ს შეადგენს. დედამიწაზე უიშვიათესი ლითონი არის რენიუმი და არ არის ამდენი ოქრო და პლატინა, რის გამოც ისინი ასე ძვირია. აი კიდევ ერთი მაგალითი: დედამიწის ქერქში დაახლოებით ათასჯერ მეტი რკინის ატომია ვიდრე სპილენძის ატომები, ათასჯერ მეტი სპილენძის ატომები ვიდრე ვერცხლის ატომები და ასჯერ მეტი ვერცხლი ვიდრე რენიუმი.
მზეზე ელემენტების განაწილება სრულიად განსხვავებულია: აქ არის ყველაზე მეტი წყალბადი (70%) და ჰელიუმი (28%), ხოლო ყველა სხვა ელემენტი - მხოლოდ 2%. მასში. Რატომ არის, რომ? ძველ დროში და შუა საუკუნეებში არ სვამდნენ კითხვებს ატომების წარმოშობის შესახებ, რადგან მათ სჯეროდათ, რომ ისინი ყოველთვის არსებობდნენ უცვლელი სახით და რაოდენობით (და ბიბლიური ტრადიციის თანახმად, ისინი ღმერთმა შექმნა შექმნის ერთ დღეს) . და მაშინაც კი, როდესაც ატომურმა თეორიამ გაიმარჯვა და ქიმიამ სწრაფად განვითარდა და დ.ი. მენდელეევმა შექმნა თავისი ცნობილი ელემენტების სისტემა, ატომების წარმოშობის საკითხი კვლავ არასერიოზულად ითვლებოდა. რა თქმა უნდა, ზოგჯერ ერთ-ერთი მეცნიერი გამბედაობას იკრებდა და თავის თეორიას სთავაზობდა. როგორც უკვე ითქვა. 1815 წელს უილიამ პროუტმა თქვა, რომ ყველა ელემენტი წარმოიშვა ყველაზე მსუბუქი ელემენტის, წყალბადის ატომებისგან. როგორც პროუტი წერდა, წყალბადი არის ძველი ბერძენი ფილოსოფოსების „პირველი მატერია“. რომელიც „კონდენსაციის“ მეშვეობით მისცა ყველა სხვა ელემენტს.
მე-20 საუკუნეში ასტრონომებისა და თეორიული ფიზიკოსების ძალისხმევით შეიქმნა ატომების წარმოშობის მეცნიერული თეორია, რომელიც ზოგადად პასუხობდა ქიმიური ელემენტების წარმოშობის საკითხს. ძალიან გამარტივებული სახით, ეს თეორია ასე გამოიყურება. თავდაპირველად, მთელი მატერია კონცენტრირებული იყო ერთ წერტილში წარმოუდგენლად მაღალი სიმკვრივით (K)*"გ/სმ") და ტემპერატურით (1027 K). ეს რიცხვები იმდენად დიდია, რომ მათი სახელები არ არსებობს. დაახლოებით 10 მილიარდი წლის წინ, ეგრეთ წოდებული დიდი აფეთქების შედეგად, ამ სუპერ მკვრივმა და სუპერ ცხელმა წერტილმა სწრაფად გაფართოება დაიწყო. ფიზიკოსებს საკმაოდ კარგი წარმოდგენა აქვთ, თუ როგორ განვითარდა მოვლენები აფეთქებიდან 0,01 წამის შემდეგ. ადრე მომხდარის თეორია გაცილებით ნაკლებად კარგად იყო განვითარებული, რადგან მატერიის შედედებაში, რომელიც იმ დროს არსებობდა, ახლა ცნობილი ფიზიკური კანონები ცუდად იყო შესრულებული (და რაც უფრო ადრე, მით უარესი). უფრო მეტიც, კითხვა იმის შესახებ, თუ რა მოხდა დიდ აფეთქებამდე, არსებითად არასოდეს განიხილებოდა, რადგან თავად დრო მაშინ არ არსებობდა! ბოლოს და ბოლოს, თუ არ არსებობს მატერიალური სამყარო, ანუ მოვლენები, მაშინ საიდან მოდის დრო? ვინ ან რა ჩათვლის ამას? ასე რომ, საკითხმა სწრაფად დაიწყო ფრენა და გაციება. რაც უფრო დაბალია ტემპერატურა, მით მეტია შესაძლებლობა სხვადასხვა სტრუქტურების ფორმირებისთვის (მაგალითად, ოთახის ტემპერატურაზე შეიძლება არსებობდეს მილიონობით სხვადასხვა ორგანული ნაერთი, +500 ° C - მხოლოდ რამდენიმე, და +1000 ° C-ზე მეტი, ალბათ არ არის ორგანული ნივთიერებები შეიძლება არსებობდეს - ყველა მათგანი იყოფა თავის შემადგენელ ნაწილებად მაღალ ტემპერატურაზე). მეცნიერთა აზრით, აფეთქებიდან 3 წუთის შემდეგ, როდესაც ტემპერატურა მილიარდ გრადუსამდე დაეცა, დაიწყო ნუკლეოსინთეზის პროცესი (ეს სიტყვა მოდის ლათინური ბირთვიდან - "ბირთვი" და ბერძნული "სინთეზი" - "ნაერთი, კომბინაცია"). ანუ პროტონებისა და ნეიტრონების მიერთების პროცესი სხვადასხვა ელემენტების ბირთვებში. პროტონების - წყალბადის ბირთვების გარდა, გაჩნდა ჰელიუმის ბირთვებიც; ამ ბირთვებს ჯერ არ შეუძლიათ ელექტრონების მიმაგრება და აგომების წარმოქმნა, რადგან ტემპერატურა ძალიან მაღალი იყო. პირველყოფილი სამყარო შედგებოდა წყალბადისგან (დაახლოებით 75%) და ჰელიუმისგან, მცირე რაოდენობით შემდეგი ყველაზე უხვი ელემენტით, ლითიუმით (მას აქვს სამი პროტონი თავის ბირთვში). ეს შემადგენლობა არ შეცვლილა დაახლოებით 500 ათასი წლის განმავლობაში. სამყარო განაგრძობდა გაფართოებას, გაციებას და სულ უფრო იშვიათდებოდა. როდესაც ტემპერატურა +3000 °C-მდე დაეცა, ელექტრონებს შეძლეს ბირთვებთან შეერთება, რამაც გამოიწვია წყალბადის და ჰელიუმის სტაბილური ატომების წარმოქმნა.
როგორც ჩანს, სამყარო, რომელიც შედგება წყალბადისა და ჰელიუმისგან, გააგრძელებს გაფართოებას და გაციებას უსასრულობამდე. მაგრამ მაშინ იქნებოდა არა მხოლოდ სხვა ელემენტები, არამედ გალაქტიკები, ვარსკვლავები და ასევე მე და შენ. სამყაროს უსასრულო გაფართოებას უპირისპირდებოდნენ უნივერსალური მიზიდულობის ძალები (გრავიტაცია). მატერიის გრავიტაციულ შეკუმშვას იშვიათი სამყაროს სხვადასხვა ნაწილში თან ახლდა განმეორებითი ძლიერი გათბობა - დაიწყო მასობრივი ვარსკვლავების ფორმირების ეტაპი, რომელიც გაგრძელდა დაახლოებით 100 მილიონი წელიწადი გაზისა და მტვრისგან შემდგარ კოსმოსურ რეგიონებში, სადაც ტემპერატურა 10 მილიონს აღწევდა ჰელიუმის თერმობირთვული შერწყმის პროცესი დაიწყო წყალბადის ბირთვების შერწყმის შედეგად მასში საკმარისი წყალბადი იყო, გრავიტაციის გავლენის ქვეშ მყოფი ვარსკვლავის შეკუმშვა ეწინააღმდეგებოდა რადიაციას, რომელიც "შიგნიდან დაჭერით" წყალბადის "დაწვის" გამო, ეს პროცესი ხდება ძალიან ნელა, რადგან ორი დადებითად მიდის დამუხტული პროტონები ხელს უშლის კულონის მოგერიების ძალას, ასე რომ, ჩვენს სანათურს ჯერ კიდევ მრავალი წლის სიცოცხლე აქვს.
როდესაც წყალბადის საწვავის მიწოდება სრულდება, ჰელიუმის სინთეზი თანდათან ჩერდება და მასთან ერთად ქრება მძლავრი გამოსხივება. გრავიტაციული ძალები კვლავ შეკუმშავს ვარსკვლავს, ტემპერატურა მატულობს და შესაძლებელი ხდება ჰელიუმის ბირთვების შერწყმა ერთმანეთთან ნახშირბადის ბირთვების (6 პროტონი) და ჟანგბადის (ბირთვში 8 პროტონი) წარმოქმნით. ამ ბირთვულ პროცესებს თან ახლავს ენერგიის გამოყოფაც. მაგრამ ადრე თუ გვიან, ჰელიუმის მარაგი ამოიწურება. შემდეგ კი ვარსკვლავის გრავიტაციული ძალებით შეკუმშვის მესამე ეტაპი იწყება. შემდეგ კი ყველაფერი ამ ეტაპზე ვარსკვლავის მასაზეა დამოკიდებული. თუ მასა არ არის ძალიან დიდი (როგორც ჩვენი მზე), მაშინ ვარსკვლავის შეკუმშვისას ტემპერატურის გაზრდის ეფექტი არ იქნება საკმარისი იმისათვის, რომ ნახშირბადი და ჟანგბადი შევიდნენ ბირთვული შერწყმის შემდგომ რეაქციებში; ასეთი ვარსკვლავი ხდება ეგრეთ წოდებული თეთრი ჯუჯა. ვარსკვლავებში, რომლებსაც ასტრონომები წითელ გიგანტებს ეძახიან, უფრო მძიმე ელემენტები „იწარმოება“ – მათი მასა რამდენჯერმე აღემატება მზეს. ამ ვარსკვლავებში ხდება ნახშირბადისა და ჟანგბადისგან მძიმე ელემენტების სინთეზის რეაქციები. როგორც ასტრონომები ფიგურალურად ამბობენ, ვარსკვლავები ბირთვული ცეცხლია, რომლის ფერფლი მძიმე ქიმიური ელემენტებია.
33
2- 1822
ვარსკვლავის სიცოცხლის ამ ეტაპზე გამოთავისუფლებული ენერგია დიდად "აბერავს" წითელი გიგანტის გარე ფენებს; თუ ჩვენი მზე ასეთი ვარსკვლავი გახდა. დედამიწა აღმოჩნდებოდა ამ გიგანტური ბურთის შიგნით - არც თუ ისე სასიამოვნო პერსპექტივა დედამიწაზე ყველაფრისთვის. ვარსკვლავური ქარი.
წითელი გიგანტების ზედაპირიდან „სუნთქვა“ გარე სივრცეში ატარებს ამ გიგანტების მიერ სინთეზირებულ ქიმიურ ელემენტებს, რომლებიც ქმნიან ნისლეულებს (ბევრი მათგანი ჩანს ტელესკოპით). წითელი გიგანტები შედარებით ხანმოკლე ცხოვრებით ცხოვრობენ - მზეზე ასჯერ ნაკლები. თუ ასეთი ვარსკვლავის მასა აჭარბებს მზის მასას 10-ჯერ, მაშინ ჩნდება პირობები (მილიარდ გრადუსის რიგის ტემპერატურა) ელემენტების რკინამდე სინთეზისთვის. იალროს რკინა ყველა ბირთვიდან ყველაზე სტაბილურია. ეს ნიშნავს, რომ რკინაზე მსუბუქი ელემენტების სინთეზის რეაქციები გამოყოფს ენერგიას, ხოლო მძიმე ელემენტების სინთეზს ენერგია სჭირდება. ენერგიის დახარჯვით, ასევე ხდება რკინის დაშლის რეაქციები მსუბუქ ელემენტებად. ამიტომ განვითარების „რკინის“ სტადიას მიღწეულ ვარსკვლავებში ხდება დრამატული პროცესები: ენერგიის გამოთავისუფლების ნაცვლად, ის შეიწოვება, რასაც თან ახლავს ტემპერატურის სწრაფი დაქვეითება და შეკუმშვა ძალიან მცირე მოცულობამდე; ასტრონომები ამ პროცესს გრავიტაციულ კოლაფსს უწოდებენ (ლათინური სიტყვიდან collapsus - "დასუსტებული, დაცემული"; უმიზეზოდ ექიმები ამას უწოდებენ არტერიული წნევის უეცარ ვარდნას, რაც ძალიან საშიშია ადამიანისთვის). გრავიტაციული კოლაფსის დროს წარმოიქმნება დიდი რაოდენობით ნეიტრონები, რომლებიც მუხტის ნაკლებობის გამო ადვილად შეაღწევენ ყველა არსებული ელემენტის ბირთვებში. ნეიტრონებით ზეგაჯერებული ბირთვები განიცდიან სპეციალურ ტრანსფორმაციას (მას ბეტა დაშლას უწოდებენ), რომლის დროსაც ნეიტრონისაგან წარმოიქმნება პროტონი; შედეგად, მოცემული ელემენტის ბირთვიდან მიიღება შემდეგი ელემენტი, რომლის ბირთვში უკვე არის კიდევ ერთი პროტონი. მეცნიერებმა ისწავლეს ასეთი პროცესების რეპროდუცირება ხმელეთის პირობებში; ცნობილი მაგალითია პლუტონიუმ-239 იზოტოპის სინთეზი, როდესაც ბუნებრივი ურანი (92 პროტონი, 146 ნეიტრონი) ნეიტრონებით დასხივდება, მისი ბირთვი იჭერს ერთ ნეიტრონს და წარმოიქმნება ხელოვნური ელემენტი ნეპტუნიუმი (93 პროტონი, 146 ნეიტრონი). ), და მისგან ძალიან მომაკვდინებელი პლუტონიუმი (94 პროტონი, 145 ნეიტრონი), რომელიც გამოიყენება ატომურ ბომბებში. ვარსკვლავებში, რომლებიც განიცდიან გრავიტაციულ კოლაფსს, ნეიტრონების დაჭერისა და შემდგომი ბეტა დაშლის შედეგად, წარმოიქმნება ქიმიური ელემენტების ყველა შესაძლო იზოტოპის ასობით სხვადასხვა ბირთვი. ვარსკვლავის კოლაფსი მთავრდება გრანდიოზული აფეთქებით, რომელსაც თან ახლავს მატერიის უზარმაზარი მასის გამოდევნა კოსმოსში - წარმოიქმნება სუპერნოვა. გამოდევნილი ნივთიერება, რომელიც შეიცავს ყველა ელემენტს პერიოდული ცხრილიდან (და ჩვენი სხეული შეიცავს იმავე ატომებს!), იფანტება ირგვლივ 10000 კმ/წმ სიჩქარით. და მკვდარი ვარსკვლავის მატერიის მცირე ნარჩენი შეკუმშულია (კოლაფსია) და წარმოიქმნება სუპერ მკვრივი ნეიტრონული ვარსკვლავი ან თუნდაც შავი ხვრელი. ზოგჯერ ასეთი ვარსკვლავები იფეთქებენ ჩვენს ცაზე და თუ აფეთქება ხდება არც თუ ისე შორს, სუპერნოვა აჭარბებს ყველა სხვა ვარსკვლავს სიკაშკაშით და გასაკვირი არ არის: სუპერნოვას სიკაშკაშე შეიძლება აღემატებოდეს მთელი გალაქტიკის სიკაშკაშეს. ერთი მილიარდი ვარსკვლავი, ჩინური ქრონიკების მიხედვით, ააფეთქეს 1054 წელს. ახლა ამ ადგილას არის ცნობილი კრაბის ნისლეული თანავარსკვლავედის კუროში და მის ცენტრში არის სწრაფად მბრუნავი (30 ბრუნი წამში! ) ნეიტრონული ვარსკვლავი და არა ახალი ელემენტების სინთეზისთვის), ასეთი ვარსკვლავები აქამდე მხოლოდ შორეულ გალაქტიკებში იფეთქებდნენ...
ვარსკვლავების „დაწვისა“ და ზეახალი ვარსკვლავების აფეთქების შედეგად, კოსმოსში მრავალი ცნობილი ქიმიური ელემენტი აღმოაჩინეს. სუპერნოვას ნარჩენები გაფართოებული ნისლეულების სახით, "გახურებული" რადიოაქტიური გარდაქმნებით, ეჯახება ერთმანეთს, კონდენსირდება მკვრივ წარმონაქმნებში, საიდანაც ახალი თაობის ვარსკვლავები წარმოიქმნება გრავიტაციული ძალების გავლენის ქვეშ. ეს ვარსკვლავები (მათ შორის ჩვენი მზე) არსებობის თავიდანვე შეიცავს მძიმე ელემენტების ნარევს; იგივე ელემენტებს შეიცავს ამ ვარსკვლავების მიმდებარე გაზისა და მტვრის ღრუბლებში, საიდანაც წარმოიქმნება პლანეტები. ასე რომ, ელემენტები, რომლებიც ქმნიან ჩვენს გარშემო არსებულ ყველა ნივთს, მათ შორის ჩვენს სხეულს, გრანდიოზული კოსმოსური პროცესების შედეგად დაიბადა...
რატომ ჩამოყალიბდა ბევრი ელემენტი და რამდენიმე სხვა? გამოდის, რომ ნუკლეოსინთეზის პროცესში, დიდი ალბათობით წარმოიქმნება ბირთვები, რომლებიც შედგება მცირე რაოდენობის ნეიტრონებისა და ნეიტრონების ლუწი რაოდენობით. პროტონებითა და ნეიტრონებით „გაჟღენთილი“ მძიმე ბირთვები ნაკლებად სტაბილურია და სამყაროშიც ნაკლებია. არსებობს ზოგადი წესი: რაც უფრო დიდია ბირთვის მუხტი, მით უფრო მძიმეა ის, მით ნაკლებია ასეთი ბირთვი სამყაროში. თუმცა, ეს წესი ყოველთვის არ არის დაცული. მაგალითად, დედამიწის ქერქში არის ლითიუმის (3 პროტონი, 3 ნეიტრონი), ბორის (5 პროტონი და 5 ან b ნეიტრონი) მსუბუქი ბირთვები. ვარაუდობენ, რომ ეს ბირთვები, მრავალი მიზეზის გამო, ვერ წარმოიქმნება ვარსკვლავების სიღრმეში და კოსმოსური სხივების გავლენით ისინი "იყოფენ" ვარსკვლავთშორის სივრცეში დაგროვილი მძიმე ბირთვებიდან. ამრიგად, დედამიწაზე სხვადასხვა ელემენტების თანაფარდობა არის კოსმოსში ტურბულენტური პროცესების გამოძახილი, რომელიც მოხდა მილიარდობით წლის წინ, სამყაროს განვითარების შემდგომ ეტაპებზე.
ცოცხალი ნივთიერების ელემენტარული შემადგენლობა და წიაღისეული საწვავის OM
წიაღისეული საწვავი შეიცავს იგივე ელემენტებს, რაც ცოცხალი ორგანიზმების ნივთიერებას, შესაბამისად, ელემენტებია ნახშირბადი, წყალბადი, ჟანგბადი, აზოტი, გოგირდი და ფოსფორი მოუწოდა ან ბიოგენური, ან ბიოფილური, ან ორგანული.
წყალბადი, ნახშირბადი, ჟანგბადი და აზოტი გათვალისწინებულია 99% -ზე მეტიროგორც მასა, ასევე ატომების რაოდენობა, რომლებიც ქმნიან ყველა ცოცხალ ორგანიზმს. მათ გარდა, მათი მნიშვნელოვანი რაოდენობით კონცენტრირება შესაძლებელია ცოცხალ ორგანიზმებშიც.
აი 20-22 ქიმიური ელემენტი. 12 ელემენტი შეადგენს 99,29%-ს, დანარჩენი 0,71%-ს
გავრცელება სივრცეში: H, He, C, N.
50% -მდე - C, 20% -მდე - O, 8% -მდე - H, 10-15% - N, 2-6% - P, 1% - S, 1% - K, ½% - Mg და Ca, 0.2% - Fe, კვალი რაოდენობით - Na, Mn, Cu, Zn.
ატომის სტრუქტურა, იზოტოპები, წყალბადის, ჟანგბადის, გოგირდის და აზოტის განაწილება დედამიწის ქერქში
წყალბადი - კოსმოსის მთავარი ელემენტი, სამყაროს ყველაზე გავრცელებული ელემენტი . Chem el-t ჯგუფი 1, ატომური ნომერი 1, ატომური მასა 1.0079. პერიოდული ცხრილის თანამედროვე გამოცემებში H ასევე მოთავსებულია VII ჯგუფში F ზემოთ, რადგან H-ის ზოგიერთი თვისება ჰალოგენების თვისებების მსგავსია. ცნობილია H-ის სამი სტაბილური იზოტოპი: პროტიუმი 1 H - P (99,985%), დეიტერიუმი 2 H - D (0,015%) და ერთი რადიოაქტიური არის ტრიტიუმი 3 H - T, T 1/2 = 12,262 წელი. ხელოვნურად მიიღება კიდევ ერთი - მეოთხე უკიდურესად არასტაბილური იზოტოპი - 4 H. ბუნებრივ პირობებში P და D გამიჯვნისას მთავარ როლს აორთქლება თამაშობს, თუმცა მსოფლიო ოკეანეების წყლების მასა იმდენად დიდია, რომ დეიტერიუმის შემცველობა. მასში ცოტათი იცვლება. ტროპიკულ ქვეყნებში ნალექებში დეიტერიუმის შემცველობა უფრო მაღალია, ვიდრე პოლარულ ზონაში. თავისუფალ მდგომარეობაში H არის უფერო გაზი, უგემოვნო და უსუნო, ყველა გაზს შორის ყველაზე მსუბუქი, ჰაერზე 14,4-ჯერ მსუბუქი. H ხდება თხევადი -252,6°C, მყარი -259,1°C-ზე. H არის შესანიშნავი შემცირების აგენტი. იწვის O-ში არამნათებელი ალით, წარმოქმნის წყალს. დედამიწის ქერქში H გაცილებით ნაკლებია ვიდრე ვარსკვლავებსა და მზეში. მისი წონა დედამიწის ქერქში არის 1%. ბუნებრივ ქიმიურ ნაერთებში H წარმოიქმნება იონური, კოვალენტურიდა წყალბადის ბმები . წყალბადის ბმები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ბიოპოლიმერებში (ნახშირწყლები, ალკოჰოლები, ცილები, ნუკლეინის მჟავები) და განსაზღვრავენ კეროგენის გეოპოლიმერების და GI მოლეკულების თვისებებსა და სტრუქტურას. გარკვეულ პირობებში, H ატომს შეუძლია ერთდროულად გაერთიანდეს ორ სხვა ატომთან. როგორც წესი, ერთ-ერთთან აყალიბებს ძლიერ კოვალენტურ კავშირს, მეორესთან - სუსტს, რის გამოც ე.წ. წყალბადის ბმა.
ჟანგბადი - დედამიწის ქერქის ყველაზე გავრცელებული ელემენტია, მასის 49,13% შეადგენს. O აქვს სერიული ნომერი 8, არის მე-2 პერიოდში, VI ჯგუფი, ატომური მასა 15,9994. ცნობილია O-ს სამი სტაბილური იზოტოპი - 16 O (99,759%), 17 O (0,0371%), 18 O (0,2039%). O-ს ხანგრძლივი რადიოაქტიური იზოტოპები არ არსებობს. ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი 15 O (T 1/2 = 122 წამი). იზოტოპური თანაფარდობა 18 O/16 O გამოიყენება გეოლოგიური რეკონსტრუქციებისთვის, რომელიც ბუნებრივ ობიექტებში 10%-ით იცვლება 1/475-დან 1/525-მდე. პოლარულ ყინულს აქვს ყველაზე დაბალი იზოტოპის კოეფიციენტი, ყველაზე მაღალი არის CO 2 ატმოსფერო. იზოტოპური შემადგენლობის შედარებისას გამოიყენეთ მნიშვნელობა d 18 O, რომელიც გამოითვლება ფორმულით: დ 18 ო‰= . უკან სტანდარტულიდაშვებულია ამ იზოტოპების საშუალო თანაფარდობა ოკეანის წყალში. წყალში O-ის იზოტოპური შემადგენლობის ცვალებადობა განისაზღვრება ტემპერატურით, რომელშიც ხდება სპეციფიკური მინერალების წარმოქმნა. რაც უფრო დაბალია T, მით უფრო ინტენსიური იქნება იზოტოპის ფრაქციები. ითვლება, რომ ოკეანის O იზოტოპური შემადგენლობა არ შეცვლილა ბოლო 500 მილიონი წლის განმავლობაში. იზოტოპური ცვლის განმსაზღვრელი მთავარი ფაქტორი (ბუნებაში იზოტოპური შემადგენლობის ვარიაციები) არის კინეტიკური ეფექტი, რომელიც განისაზღვრება რეაქციის ტემპერატურით. O ნორმალურ პირობებში გაზი უხილავი, უგემოვნო და უსუნოა. ატომების აბსოლუტურ უმრავლესობასთან რეაქციებში O ასრულებს როლს ჟანგვის აგენტი. მხოლოდ F-თან რეაქციაშია ჟანგვითი აგენტი დიალოტროპული ცვლილებები . Პირველი - მოლეკულური ჟანგბადი - O 2მეორე მოდიფიკაცია - ოზონი - O 3,წარმოიქმნება ჰაერში ელექტრული გამონადენის გავლენის ქვეშ და სუფთა O, რადიოაქტიურ პროცესებში და ჩვეულებრივ O-ზე ულტრაიისფერი სხივების მოქმედებით. Ბუნებაში O 3მუდმივად იქმნება UV სხივების გავლენის ქვეშ ატმოსფეროს ზედა ფენებში. დაახლოებით 30-50 კმ სიმაღლეზე არის „ოზონის ეკრანი“, რომელიც ბლოკავს ულტრაიისფერი სხივების დიდ ნაწილს, იცავს ბიოსფეროს ორგანიზმებს ამ სხივების დესტრუქციული ზემოქმედებისგან. დაბალ კონცენტრაციებში O 3სასიამოვნო, გამაგრილებელი სუნი, მაგრამ თუ ჰაერში 1%-ზე მეტი O 3, ძალიან ტოქსიკურია .
აზოტი - კონცენტრირებულია ბიოსფეროში: ჭარბობს ატმოსფეროში (75,31% წონით, 78,7% მოცულობით) და დედამიწის ქერქში. წონა კლარკი - 0,045%. V ჯგუფის ქიმიური ელემენტი, პერიოდი 2, ატომური ნომერი 7, ატომური მასა 14.0067.ცნობილია N-ის სამი იზოტოპი - ორი სტაბილური 14 N (99.635%) და 15 N (0.365%) და რადიოაქტიური 13 N, T 1/2 = 10,08 წთ. თანაფარდობის მნიშვნელობების ზოგადი გავრცელება 15 N/ 14 Nპატარა . ზეთები გამდიდრებულია 15N იზოტოპში, ხოლო თანმხლები ბუნებრივი აირები მასში მცირდება. ნავთობის ფიქალი ასევე გამდიდრებულია მძიმე იზოტოპით N 2 არის უფერო, უგემოვნო და უსუნო აირი. ნ O-სგან განსხვავებით, ნარევი მხარს არ უჭერს სუნთქვას ნ c O ყველაზე მისაღებია სუნთქვისთვის ჩვენი პლანეტის მკვიდრთა უმეტესობისთვის. N ქიმიურად არააქტიურია. ის ყველა ორგანიზმის სასიცოცხლო ნივთიერებების ნაწილია. აზოტის დაბალი ქიმიური აქტივობა განისაზღვრება მისი მოლეკულის სტრუქტურით. გაზების უმეტესობის მსგავსად, ინერტულის გარდა, მოლეკულა ნშედგება ორი ატომისგან. თითოეული ატომის გარე გარსის 3 ვალენტური ელექტრონი მონაწილეობს მათ შორის კავშირის ფორმირებაში, ყალიბდება სამმაგი კოვალენტური ქიმიური ბმა რომელიც იძლევა ყველაზე სტაბილური ყველა ცნობილი დიატომური მოლეკულისგან. "ფორმალური" ვალენტობა არის -3-დან +5-მდე, "ჭეშმარიტი" ვალენტობა არის 3. აყალიბებს ძლიერ კოვალენტურ ბმებს O, H და C-თან, ის არის რთული იონების ნაწილი: -, -, +, რომლებიც იძლევა ადვილად ხსნად მარილებს.
გოგირდის – ელ-ტ ZK,მანტიაში (ულტრაბაზური ქანები) ის 5-ჯერ ნაკლებია ვიდრე ლითოსფეროში. კლარკი ZK-ში - 0,1%. VI ჯგუფის ქიმიური el-t, 3 პერიოდი, ატომური ნომერი 16, ატომური მასა 32.06. უაღრესად ელექტროუარყოფითი, ავლენს არამეტალურ თვისებებს. წყალბადისა და ჟანგბადის ნაერთებში ის გვხვდება სხვადასხვა იონებში. არრ მჟავა და მარილი. ბევრი გოგირდის შემცველი მარილი წყალში ოდნავ ხსნადია. S შეიძლება ჰქონდეს ვალენტობა: (-2), (0), (+4), (+6), რომელთაგან პირველი და ბოლო ყველაზე დამახასიათებელია. დამახასიათებელია როგორც იონური, ასევე კოვალენტური ბმები. ბუნებრივი პროცესებისთვის უპირველესი მნიშვნელობისაა რთული იონი - 2 S - არალითონი, ქიმიურად აქტიური ელემენტი. S არ ურთიერთქმედებს მხოლოდ Au-სთან და Pt-თან. არაორგანული ნაერთებიდან, სულფატების, სულფიდების და H2SO4-ის გარდა, დედამიწაზე ყველაზე გავრცელებული ოქსიდებია SO 2 - გაზი, რომელიც ძლიერ აბინძურებს ატმოსფეროს, და SO 3 (მყარი), ასევე წყალბადის სულფიდი. ელემენტარული S ახასიათებს სამი ალოტროპული ჯიში : S რომბული (ყველაზე სტაბილური), S მონოკლინიკური (ციკლური მოლეკულა - რვაწევრიანი რგოლი S 8) და პლასტიკური S 6 - ეს არის ექვსი ატომის წრფივი ჯაჭვები. ბუნებაში ცნობილია S-ის 4 სტაბილური იზოტოპი: 32 S (95,02%), 34 S (4,21%), 33 S (0,75%), 36 S (0,02%). ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი 35 S T 1/2 = 8,72 დღე. S აღებულია სტანდარტულად ტროილიტი(FeS) დიაბლო კანიონის მეტეორიტიდან (32 S/ 34 S = 22.22) ჟანგვის და შემცირების რეაქციებმა შეიძლება გამოიწვიოს იზოტოპების გაცვლა, გამოხატული როგორც იზოტოპური ცვლა. ბუნებაში - ბაქტერიულად, მაგრამ თერმულადაც შესაძლებელია. ბუნებაში, დღემდე, დედამიწის ქერქის S აშკარად იყოფა 2 ჯგუფად - ბიოგენური. სულფიდები და სინათლის იზოტოპში 32 S გამდიდრებული აირები და სულფატებიოკეანის წყლის მარილებში შედის უძველესი აორთქლების, თაბაშირის შემცველი 34 S. ნავთობის საბადოების თანმხლები აირები განსხვავდება იზოტოპური შემადგენლობით და მკვეთრად განსხვავდება ზეთებისგან.
დედამიწის ქერქის ქიმიური შემადგენლობა განისაზღვრა ქანებისა და მინერალების მრავალი ნიმუშის ანალიზის შედეგების საფუძველზე, რომლებიც გამოვიდა დედამიწის ზედაპირზე მთის წარმოქმნის პროცესში, აგრეთვე აღებული მაღაროებიდან და ღრმა ჭაბურღილებიდან.
ამჟამად დედამიწის ქერქი შესწავლილია 15-20 კმ სიღრმეზე. იგი შედგება ქიმიური ელემენტებისაგან, რომლებიც ქანების ნაწილია.
დედამიწის ქერქში ყველაზე გავრცელებული ელემენტებია 46, რომელთაგან 8 შეადგენს მისი მასის 97,2-98,8%-ს, 2 (ჟანგბადი და სილიციუმი) - დედამიწის მასის 75%-ს.
პირველი 13 ელემენტი (ტიტანის გარდა), რომლებიც ყველაზე ხშირად გვხვდება დედამიწის ქერქში, მცენარეთა ორგანული ნივთიერებების ნაწილია, მონაწილეობს ყველა სასიცოცხლო პროცესში და მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ნიადაგის ნაყოფიერებაში. დედამიწის ნაწლავებში ქიმიურ რეაქციებში მონაწილე ელემენტების დიდი რაოდენობა იწვევს მრავალფეროვანი ნაერთების წარმოქმნას. ქიმიური ელემენტები, რომლებიც ყველაზე უხვად არის ლითოსფეროში, გვხვდება ბევრ მინერალში (ძირითადად მათგან შედგება სხვადასხვა ქანები).
ცალკეული ქიმიური ელემენტები გეოსფეროებში განაწილებულია შემდეგნაირად: ჟანგბადი და წყალბადი ავსებენ ჰიდროსფეროს; ჟანგბადი, წყალბადი და ნახშირბადი ქმნიან ბიოსფეროს საფუძველს; ჟანგბადი, წყალბადი, სილიციუმი და ალუმინი არის თიხისა და ქვიშის ან ამინდის პროდუქტების ძირითადი კომპონენტები (ისინი ძირითადად ქმნიან დედამიწის ქერქის ზედა ნაწილს).
ბუნებაში ქიმიური ელემენტები გვხვდება სხვადასხვა ნაერთებში, რომლებსაც მინერალებს უწოდებენ. ეს არის დედამიწის ქერქის ერთგვაროვანი ქიმიური ნივთიერებები, რომლებიც წარმოიქმნება რთული ფიზიკოქიმიური ან ბიოქიმიური პროცესების შედეგად, მაგალითად, ქვის მარილი (NaCl), თაბაშირი (CaS04*2H20), ორთოკლაზა (K2Al2Si6016).
ბუნებაში ქიმიური ელემენტები არათანაბარ მონაწილეობას იღებენ სხვადასხვა მინერალების წარმოქმნაში. მაგალითად, სილიციუმი (Si) არის 600-ზე მეტი მინერალის კომპონენტი და ასევე ძალიან გავრცელებულია ოქსიდების სახით. გოგირდი ქმნის 600-მდე ნაერთს, კალციუმი - 300, მაგნიუმი - 200, მანგანუმი - 150, ბორი - 80, კალიუმი - 75-მდე, ცნობილია მხოლოდ 10 ლითიუმის ნაერთები და კიდევ უფრო ნაკლები იოდის ნაერთები.
დედამიწის ქერქის ყველაზე ცნობილ მინერალებს შორის ჭარბობს ფელდსპარების დიდი ჯგუფი სამი ძირითადი ელემენტით - K, Na და Ca. ნიადაგის წარმომქმნელ ქანებში და მათ ამინდობის პროდუქტებში ფელდსპარს უჭირავს მთავარი პოზიცია. ფელდსპარები თანდათანობით ამდიდრებენ (იშლება) და ამდიდრებენ ნიადაგს K, Na, Ca, Mg, Fe და სხვა ფერფლის ნივთიერებებით, აგრეთვე მიკროელემენტებით.
კლარკის ნომერი- რიცხვები, რომლებიც გამოხატავს ქიმიური ელემენტების საშუალო შემცველობას დედამიწის ქერქში, ჰიდროსფეროში, დედამიწაზე, კოსმოსურ სხეულებში, გეოქიმიურ ან კოსმოქიმიურ სისტემებში და ა.შ., ამ სისტემის მთლიან მასასთან მიმართებაში. გამოხატულია % ან გ/კგ.
კლარკების სახეები
არსებობს წონის (%, გ/ტ ან გ/გ) და ატომური (ატომების რაოდენობის %) კლარკები. დედამიწის ქერქის შემადგენელი სხვადასხვა ქანების ქიმიური შემადგენლობის შესახებ მონაცემების განზოგადება, მათი გავრცელების გათვალისწინებით 16 კმ სიღრმეზე, პირველად გააკეთა ამერიკელმა მეცნიერმა F. W. Clark-მა (1889). ციფრებს, რომლებიც მან მოიპოვა დედამიწის ქერქის შემადგენლობაში ქიმიური ელემენტების პროცენტული მაჩვენებლისთვის, შემდგომში გარკვეულწილად დახვეწილი A.E. Fersman-ის მიერ, ამ უკანასკნელის წინადადებით, ეწოდა კლარკის ნომრებს ან კლარკს.
მოლეკულის სტრუქტურა. მოლეკულების ელექტრული, ოპტიკური, მაგნიტური და სხვა თვისებები დაკავშირებულია მოლეკულების სხვადასხვა მდგომარეობის ტალღურ ფუნქციებთან და ენერგიებთან. მოლეკულური სპექტრები გვაწვდიან ინფორმაციას მოლეკულების მდგომარეობისა და მათ შორის გადასვლის ალბათობის შესახებ.
ვიბრაციის სიხშირე სპექტრებში განისაზღვრება ატომების მასებით, მათი მდებარეობით და ატომთაშორისი ურთიერთქმედების დინამიკით. სპექტრებში სიხშირეები დამოკიდებულია მოლეკულების ინერციის მომენტებზე, რომელთა განსაზღვრა სპექტროსკოპიული მონაცემებით საშუალებას იძლევა მიიღოთ მოლეკულაში ინტერატომური მანძილების ზუსტი მნიშვნელობები. მოლეკულის ვიბრაციულ სპექტრში ხაზებისა და ზოლების საერთო რაოდენობა დამოკიდებულია მის სიმეტრიაზე.
მოლეკულებში ელექტრონული გადასვლები ახასიათებს მათი ელექტრონული გარსების სტრუქტურას და ქიმიური ობლიგაციების მდგომარეობას. მოლეკულების სპექტრები, რომლებსაც აქვთ ბმების მეტი რაოდენობა, ხასიათდება გრძელი ტალღის შთანთქმის ზოლებით, რომლებიც ეცემა ხილულ რეგიონში. ნივთიერებები, რომლებიც აგებულია ასეთი მოლეკულებისგან, ხასიათდება ფერით; ეს ნივთიერებები მოიცავს ყველა ორგანულ საღებავს.
იონები.ელექტრონების გადასვლის შედეგად წარმოიქმნება იონები - ატომები ან ატომების ჯგუფები, რომლებშიც ელექტრონების რაოდენობა არ არის პროტონების რაოდენობის ტოლი. თუ იონი შეიცავს უფრო უარყოფითად დამუხტულ ნაწილაკებს, ვიდრე დადებითად დამუხტულებს, მაშინ ასეთ იონს უარყოფითი ეწოდება. წინააღმდეგ შემთხვევაში, იონს პოზიტიური ეწოდება. იონები ძალიან გავრცელებულია ნივთიერებებში, მაგალითად, ისინი გვხვდება ყველა ლითონში გამონაკლისის გარეშე. მიზეზი არის ის, რომ ერთი ან მეტი ელექტრონი თითოეული ლითონის ატომიდან გამოყოფილია და მოძრაობს ლითონის შიგნით, ქმნიან იმას, რასაც ელექტრონული გაზი ეწოდება. სწორედ ელექტრონების, ანუ უარყოფითი ნაწილაკების დაკარგვის გამო ხდება ლითონის ატომები დადებით იონებად. ეს ეხება ლითონებს ნებისმიერ მდგომარეობაში - მყარი, თხევადი თუ აირისებრი.
ბროლის გისოსი აყალიბებს დადებითი იონების განლაგებას ერთგვაროვანი მეტალის ნივთიერების კრისტალის შიგნით.
ცნობილია, რომ მყარ მდგომარეობაში ყველა ლითონი კრისტალია. ყველა ლითონის იონები განლაგებულია მოწესრიგებულად, ქმნიან კრისტალურ გისოსს. გამდნარ და აორთქლებულ (აირურ) ლითონებში არ არის იონების მოწესრიგებული განლაგება, მაგრამ ელექტრონული გაზი კვლავ რჩება იონებს შორის.
იზოტოპები- ქიმიური ელემენტის ატომების (და ბირთვების) სახეობები, რომლებსაც აქვთ იგივე ატომური (რიგობითი) რიცხვი, მაგრამ ამავე დროს განსხვავებული მასის რიცხვი. სახელწოდება განპირობებულია იმით, რომ ერთი ატომის ყველა იზოტოპი მოთავსებულია პერიოდული ცხრილის ერთსა და იმავე ადგილას (ერთ უჯრედში). ატომის ქიმიური თვისებები დამოკიდებულია ელექტრონული გარსის სტრუქტურაზე, რომელიც, თავის მხრივ, განისაზღვრება ძირითადად Z ბირთვის მუხტით (ანუ მასში პროტონების რაოდენობა) და თითქმის არ არის დამოკიდებული მის მასაზე. ნომერი A (ანუ Z პროტონების და N ნეიტრონების საერთო რაოდენობა). ერთი და იგივე ელემენტის ყველა იზოტოპს აქვს ერთი და იგივე ბირთვული მუხტი, განსხვავდება მხოლოდ ნეიტრონების რაოდენობით. როგორც წესი, იზოტოპი აღინიშნება იმ ქიმიური ელემენტის სიმბოლოთი, რომელსაც ის ეკუთვნის, ზედა მარცხენა სუფიქსის დამატებით, რომელიც მიუთითებს მასის რიცხვზე. თქვენ ასევე შეგიძლიათ დაწეროთ ელემენტის სახელი, რასაც მოჰყვება დეფისიანი მასობრივი ნომერი. ზოგიერთ იზოტოპს აქვს ტრადიციული საკუთარი სახელები (მაგალითად, დეიტერიუმი, აქტინონი).
წყალბადი (H) ძალიან მსუბუქი ქიმიური ელემენტია, მისი შემცველობა წონით 0,9% დედამიწის ქერქში და 11,19% წყალში.
წყალბადის მახასიათებლები
სიმსუბუქით ის პირველია გაზებს შორის. ნორმალურ პირობებში უგემოვნო, უფერო და აბსოლუტურად უსუნოა. როდესაც ის თერმოსფეროში შედის, დაბალი წონის გამო კოსმოსში გაფრინდება.
მთელ სამყაროში ის ყველაზე მრავალრიცხოვანი ქიმიური ელემენტია (ნივთიერებების მთლიანი მასის 75%). იმდენად, რომ კოსმოსში ბევრი ვარსკვლავი მთლიანად მისგან შედგება. მაგალითად, მზე. მისი მთავარი კომპონენტია წყალბადი. ხოლო სითბო და სინათლე არის ენერგიის გამოყოფის შედეგი, როდესაც მასალის ბირთვები შერწყმულია. ასევე კოსმოსში არის მისი მოლეკულების მთელი ღრუბლები სხვადასხვა ზომის, სიმკვრივისა და ტემპერატურის.
ფიზიკური თვისებები
მაღალი ტემპერატურა და წნევა მნიშვნელოვნად ცვლის მის თვისებებს, მაგრამ ნორმალურ პირობებში ეს:
მას აქვს მაღალი თბოგამტარობა სხვა გაზებთან შედარებით,
არატოქსიკური და წყალში ცუდად ხსნადი,
სიმკვრივით 0,0899 გ/ლ 0°C-ზე და 1 ატმ.
გადაიქცევა სითხეში -252,8°C ტემპერატურაზე
ძნელდება -259.1°C-ზე,
წვის სპეციფიკური სიცხე 120.9.106 ჯ/კგ.
თხევად ან მყარად გადაქცევისთვის საჭიროა მაღალი წნევა და ძალიან დაბალი ტემპერატურა. თხევად მდგომარეობაში ის არის თხევადი და მსუბუქი.
ქიმიური თვისებები
წნევის ქვეშ და გაციებისას (-252,87 გრადუსი C) წყალბადი იძენს თხევად მდგომარეობას, რომელიც წონით უფრო მსუბუქია, ვიდრე ნებისმიერი ანალოგი. მასში ის ნაკლებ ადგილს იკავებს, ვიდრე აირისებრი ფორმით.
ეს არის ტიპიური არამეტალი. ლაბორატორიებში იგი წარმოიქმნება ლითონების (როგორიცაა თუთია ან რკინა) განზავებულ მჟავებთან ურთიერთქმედებით. ნორმალურ პირობებში ის არააქტიურია და რეაგირებს მხოლოდ აქტიურ არალითონებთან. წყალბადს შეუძლია გამოყოს ჟანგბადი ოქსიდებისგან და შეამციროს ლითონები ნაერთებისგან. ის და მისი ნარევები ქმნიან წყალბადურ კავშირებს გარკვეულ ელემენტებთან.
გაზი ძალიან ხსნადია ეთანოლში და ბევრ ლითონში, განსაკუთრებით პალადიუმში. ვერცხლი არ ხსნის მას. წყალბადის დაჟანგვა შესაძლებელია ჟანგბადში ან ჰაერში წვის დროს და ჰალოგენებთან ურთიერთობისას.
ჟანგბადთან შერწყმისას წყალი წარმოიქმნება. თუ ტემპერატურა ნორმალურია, მაშინ რეაქცია ნელა მიმდინარეობს, თუ ის 550°C-ზე მეტია, ის ფეთქდება (იქცევა აფეთქებულ გაზად).
წყალბადის აღმოჩენა ბუნებაში
მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენს პლანეტაზე ბევრი წყალბადია, მისი სუფთა სახით პოვნა ადვილი არ არის. ცოტა შეიძლება აღმოჩნდეს ვულკანური ამოფრქვევის დროს, ნავთობის წარმოების დროს და სადაც ორგანული ნივთიერებები იშლება.
მთლიანი რაოდენობის ნახევარზე მეტი შედის წყალთან ერთად შემადგენლობაში. იგი ასევე შედის ნავთობის, სხვადასხვა თიხის, აალებადი აირების, ცხოველებისა და მცენარეების სტრუქტურაში (ყოველ ცოცხალ უჯრედში ყოფნა ატომების რაოდენობის მიხედვით 50%-ია).
წყალბადის ციკლი ბუნებაში
ყოველწლიურად, მცენარეთა ნარჩენების კოლოსალური რაოდენობა (მილიარდობით ტონა) იშლება წყლის ობიექტებსა და ნიადაგში და ეს დაშლა წყალბადის უზარმაზარ მასას ათავისუფლებს ატმოსფეროში. ის ასევე გამოიყოფა ბაქტერიებით გამოწვეული ნებისმიერი დუღილის დროს, წვის დროს და ჟანგბადთან ერთად მონაწილეობს წყლის ციკლში.
წყალბადის აპლიკაციები
ელემენტს აქტიურად იყენებს კაცობრიობა თავის საქმიანობაში, ამიტომ ჩვენ ვისწავლეთ მისი მოპოვება სამრეწველო მასშტაბით:
მეტეოროლოგია, ქიმიური წარმოება;
მარგარინის წარმოება;
როგორც სარაკეტო საწვავი (თხევადი წყალბადი);
ელექტროენერგეტიკული ინდუსტრია ელექტრო გენერატორების გაგრილებისთვის;
ლითონების შედუღება და ჭრა.
ბევრი წყალბადი გამოიყენება სინთეზური ბენზინის (დაბალი ხარისხის საწვავის ხარისხის გასაუმჯობესებლად), ამიაკის, წყალბადის ქლორიდის, სპირტების და სხვა მასალების წარმოებაში. ბირთვული ენერგია აქტიურად იყენებს თავის იზოტოპებს.
პრეპარატი "წყალბადის ზეჟანგი" ფართოდ გამოიყენება მეტალურგიაში, ელექტრონიკის ინდუსტრიაში, რბილობისა და ქაღალდის წარმოებაში, თეთრეულის და ბამბის ქსოვილების გასათეთრებლად, თმის საღებავებისა და კოსმეტიკური საშუალებების, პოლიმერების და მედიცინაში ჭრილობების სამკურნალოდ.
ამ გაზის "ასაფეთქებელი" ბუნება შეიძლება გახდეს მომაკვდინებელი იარაღი - წყალბადის ბომბი. მის აფეთქებას თან ახლავს დიდი რაოდენობით რადიოაქტიური ნივთიერებების გამოყოფა და დამღუპველია ყველა ცოცხალი არსებისთვის.
თხევადი წყალბადისა და კანის კონტაქტმა შეიძლება გამოიწვიოს ძლიერი და მტკივნეული მოყინვა.
პასუხები კითხვებზე,
გამოცდაზე წარდგენილი დისციპლინაში „ფიზიკურ-ქიმიური პროცესები გარემოში“ სპეციალობის „გარემოს მენეჯმენტი და აუდიტი მრეწველობაში“ მესამე კურსის სტუდენტებისთვის.
ატომების სიმრავლე გარემოში. ელემენტების კლარკები.
კლარკის ელემენტი – ელემენტის საშუალო შემცველობის რიცხვითი შეფასება დედამიწის ქერქში, ჰიდროსფეროში, ატმოსფეროში, დედამიწაზე მთლიანობაში, სხვადასხვა ტიპის ქანებში, კოსმოსურ ობიექტებში და ა.შ. ელემენტის კლარკი შეიძლება გამოისახოს მასის ერთეულებში (% , გ/ტ), ან ატომურ %. წარმოადგინა ფერსმანმა, ამერიკელი გეოქიმიკოსის ფრენკ უნგლიზორტის სახელით.
კლარკმა პირველმა დაადგინა ქიმიური ელემენტების რაოდენობრივი სიმრავლე დედამიწის ქერქში. მან ასევე შეიტანა ჰიდროსფერო და ატმოსფერო დედამიწის ქერქში. თუმცა, ჰიდროსფეროს მასა რამდენიმე პროცენტია, ატმოსფერო კი მყარი ქერქის მასის მეასედი პროცენტია, ამიტომ კლარკის რიცხვები ძირითადად ასახავს მყარი ქერქის შემადგენლობას. ამრიგად, 1889 წელს კლარკები გამოითვალეს 10 ელემენტზე, 1924 წელს - 50 ელემენტზე.
თანამედროვე რადიომეტრიული, ნეიტრონული აქტივაცია, ატომური ადსორბცია და ანალიზის სხვა მეთოდები შესაძლებელს ხდის ქანებსა და მინერალებში ქიმიური ელემენტების შემცველობის დადგენა დიდი სიზუსტით და მგრძნობელობით. კლარკსის შესახებ იდეები შეიცვალა. მაგალითად: Ge 1898 წელს ფოქსმა კლარკი n * 10 -10%-ის ტოლად მიიჩნია. Ge ცუდად იყო შესწავლილი და არ ჰქონდა პრაქტიკული მნიშვნელობა. 1924 წელს მისთვის კლარკი გამოითვალა როგორც n*10 -9% (კლარკი და გ. ვაშინგტონი). მოგვიანებით, Ge აღმოაჩინეს ნახშირში და მისი კლარკი გაიზარდა 0.p%. Ge გამოიყენება რადიოინჟინერიაში, გერმანიუმის ნედლეულის ძიებამ, Ge-ს გეოქიმიის დეტალურმა შესწავლამ აჩვენა, რომ Ge არც თუ ისე იშვიათია დედამიწის ქერქში, მისი კლარკი ლითოსფეროში არის 1,4 * 10 -4%, თითქმის იგივე. როგორც Sn, As, ის გაცილებით მაღალია დედამიწის ქერქში, ვიდრე Au, Pt, Ag.
ატომების სიმრავლე ატომებში
ვერნადსკიმ შემოიღო ქიმიური ელემენტების დისპერსიული მდგომარეობის კონცეფცია და ეს დადასტურდა. ყველა ელემენტი ყველგან არის წარმოდგენილი, ჩვენ შეგვიძლია ვისაუბროთ მხოლოდ ანალიზის ნაკლებობაზე, რაც არ გვაძლევს საშუალებას განვსაზღვროთ ამა თუ იმ ელემენტის შინაარსი შესასწავლ გარემოში.ამ წინადადებას ქიმიური ელემენტების ზოგადი დისპერსიის შესახებ ეწოდება კლარკ-ვერნადსკის კანონი.
დედამიწის მყარი ქერქის ელემენტების კლაკნიდან გამომდინარე (ვინოგრადოვის შესახებ), დედამიწის მყარი ქერქის თითქმის ½ შედგება O-სგან, ანუ დედამიწის ქერქი არის "ჟანგბადის სფერო", ჟანგბადის ნივთიერება.
ელემენტების უმეტესობის კლარკები არ აღემატება 0,01-0,0001%-ს - ეს იშვიათი ელემენტებია. თუ ამ ელემენტებს აქვთ კონცენტრირების სუსტი უნარი, მათ უწოდებენ მკვეთრად გაფანტულს (Br, In, Ra, I, Hf).
მაგალითად: U და Br-სთვის, კლარკის მნიშვნელობებია ≈ 2.5*10 -4, 2.1* 10-4, შესაბამისად, მაგრამ U უბრალოდ იშვიათი ელემენტია, რადგან ცნობილია მისი საბადოები და Br იშვიათია, მიმოფანტული, რადგან ის არ არის კონცენტრირებული დედამიწის ქერქში. მიკროელემენტები არის ელემენტები, რომლებიც შეიცავს მოცემულ სისტემაში მცირე რაოდენობით (≈ 0,01% ან ნაკლები). ამრიგად, Al არის მიკროელემენტი ორგანიზმებში და მაკროელემენტი სილიკატურ ქანებში.
ელემენტების კლასიფიკაცია ვერნადსკის მიხედვით.
დედამიწის ქერქში პერიოდული ცხრილის მიხედვით დაკავშირებული ელემენტები განსხვავებულად იქცევიან – ისინი დედამიწის ქერქში სხვადასხვა გზით გადადიან. ვერნადსკიმ გაითვალისწინა ყველაზე მნიშვნელოვანი მომენტები დედამიწის ქერქის ელემენტების ისტორიაში. მთავარი მნიშვნელობა ენიჭებოდა ისეთ მოვლენებსა და პროცესებს, როგორიცაა რადიოაქტიურობა, შექცევადობა და მიგრაციის შეუქცევადობა. მინერალების მიწოდების უნარი. ვერნადსკიმ გამოყო ელემენტების 6 ჯგუფი:
კეთილშობილი აირები (He, Ne, Ar, Kr, Xe) – 5 ელემენტი;
კეთილშობილი ლითონები (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Au) – 7 ელემენტი;
ციკლური ელემენტები (კომპლექსურ ციკლებში მონაწილე) – 44 ელემენტი;
გაფანტული ელემენტები – 11 ელემენტი;
მაღალრადიოაქტიური ელემენტები (Po, Ra, Rn, Ac, Th, Pa, U) – 7 ელემენტი;
იშვიათი დედამიწის ელემენტები - 15 ელემენტი.
მე-3 ჯგუფის ელემენტები ჭარბობს დედამიწის ქერქში, ისინი ძირითადად შედგება ქანების, წყლისა და ორგანიზმებისგან.
ყოველდღიური გამოცდილებიდან მიღებული იდეები არ ემთხვევა რეალურ მონაცემებს. ამრიგად, Zn, Cu ფართოდ არის გავრცელებული ყოველდღიურ ცხოვრებაში და ტექნოლოგიაში, ხოლო Zr (ცირკონიუმი) და Ti ჩვენთვის იშვიათი ელემენტებია. მიუხედავად იმისა, რომ Zr დედამიწის ქერქში 4-ჯერ მეტია Cu-ზე, ხოლო Ti 95-ჯერ მეტია. ამ ელემენტების "იშვიათობა" აიხსნება მადნებიდან მათი მოპოვების სირთულით.
ქიმიური ელემენტები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან არა მათი მასების პროპორციულად, არამედ ატომების რაოდენობის შესაბამისად. მაშასადამე, კლარკები შეიძლება გამოითვალოს არა მხოლოდ მასაში, არამედ ატომების რაოდენობის პროცენტში, ე.ი. ატომური მასების გათვალისწინებით (ჩირვინსკი, ფერსმანი). ამავდროულად, მძიმე ელემენტების ხმაური მცირდება, ხოლო მსუბუქი ელემენტების ხმა იზრდება.
Მაგალითად:ატომების რაოდენობის მიხედვით გაანგარიშება იძლევა უფრო კონტრასტულ სურათს ქიმიური ელემენტების გავრცელების შესახებ - ჟანგბადის კიდევ უფრო დიდი დომინირება და მძიმე ელემენტების იშვიათობა.
როდესაც დადგინდა დედამიწის ქერქის საშუალო შემადგენლობა, გაჩნდა კითხვა ელემენტების არათანაბარი განაწილების მიზეზზე. ეს ფარა დაკავშირებულია ატომების სტრუქტურულ მახასიათებლებთან.
განვიხილოთ კავშირი კლარკების მნიშვნელობებსა და ელემენტების ქიმიურ თვისებებს შორის.
ამრიგად, ტუტე ლითონები Li, Na, K, Rb, Cs, Fr ქიმიურად ახლოს არიან ერთმანეთთან - ერთი ვალენტური ელექტრონი, მაგრამ კლარკის მნიშვნელობები განსხვავებულია - Na და K - ≈ 2,5; Rb - 1.5 * 10 -2; Li - 3.2*10 -3 ;Cs – 3.7 * 10 -4 კლარკის მნიშვნელობები მკვეთრად განსხვავდება F და Cl, Br და I, Si (29.5) და Ge (1.4*10 -4), Ba (6.5*10 -2) და Ra (2*10 -10)-სთვის.
მეორეს მხრივ, ქიმიურად განსხვავებულ ელემენტებს აქვთ მსგავსი კლარკის მნიშვნელობები - Mn (0.1) და P (0.093), Rb (1.5 * 10 -2) და Cl (1.7 * 10 -2).
ფერსმანმა გამოსახა ატომური კლარკების მნიშვნელობების დამოკიდებულება პერიოდული ცხრილის ლუწი და კენტი ელემენტების ელემენტის ატომურ რიცხვზე. აღმოჩნდა, რომ ატომის ბირთვის სტრუქტურა უფრო რთული (შეწონილი) ხდება, ელემენტების კლარკული მნიშვნელობები მცირდება. თუმცა, ეს დამოკიდებულებები (მრუდები) გატეხილი აღმოჩნდა.
ფერსმანმა დახაზა ჰიპოთეტური შუა ხაზი, რომელიც თანდათან მცირდებოდა ელემენტის რიგითი რიცხვის მატებასთან ერთად. მეცნიერმა შუა ხაზის ზემოთ განლაგებულ ელემენტებს უწოდა ჭარბი (O, Si, Fe და სხვ.), ხოლო ხაზის ქვემოთ მდებარე ელემენტებს - დეფიციტური (ინერტული აირები და ა.შ.). მიღებული დამოკიდებულებიდან გამომდინარეობს, რომ დედამიწის ქერქში დომინირებს მსუბუქი ატომები, რომლებიც იკავებენ პერიოდული ცხრილის საწყის უჯრედებს, რომელთა ბირთვები შეიცავს მცირე რაოდენობით პროტონებს და ნეიტრონებს. მართლაც, Fe (No. 26) შემდეგ არ არის ერთი საერთო ელემენტი.
შემდგომი ოდდო (იტალიელი მეცნიერი) და გარკინსი (ამერიკელი მეცნიერი) 1925-28 წლებში. დადგინდა ელემენტების გავრცელების კიდევ ერთი თავისებურება. დედამიწის ქერქში დომინირებს ელემენტები ლუწი ატომური რიცხვითა და ატომური მასით. მეზობელ ელემენტებს შორის, ლუწი ელემენტების თითქმის ყოველთვის უფრო მაღალი კლაკნებია, ვიდრე კენტი. 9 ყველაზე გავრცელებული ელემენტისთვის (8 O, 14 Si, 13 Al, 26 Fe, 20 Ca, 11 Na, 19 K, 12 Mg, 22 Ti), ლუწი მასა 86,43%, ხოლო კენტი - 13,05%. განსაკუთრებით დიდია ელემენტების კლარკები, რომელთა ატომური მასა იყოფა 4-ზე, ესენია O, Mg, Si, Ca.
ფერსმანის კვლევის მიხედვით, 4q ტიპის ბირთვები (q არის მთელი რიცხვი) დედამიწის ქერქის 86,3%-ს შეადგენს. ნაკლებად გავრცელებულია 4q+3 ტიპის ბირთვები (12,7%) და ძალიან ცოტა ბირთვები 4q+1 და 4q+2 (1%).
ლუწი ელემენტებს შორის, ჰე-დან დაწყებული, ყოველ მეექვსეს აქვს უმაღლესი კლარკები: O (No. 8), Si (No. 14), Ca (No. 20), Fe (No. 26). კენტი ელემენტებისთვის - მსგავსი წესი (დაწყებული H-ით) - N (No. 7), Al (No. 13), K (No. 19), Mg (No. 25).
ამრიგად, დედამიწის ქერქში ჭარბობს ბირთვები პროტონებისა და ნეიტრონების მცირე და ლუწი რაოდენობით.
დროთა განმავლობაში კლარკები შეიცვალა. ასე რომ, რადიოაქტიური დაშლის შედეგად, იყო ნაკლები U და Th, მაგრამ მეტი Pb. პროცესებმა, როგორიცაა გაზის გაფრქვევა და მეტეორიტის ჩამოვარდნა, ასევე ითამაშა როლი ელემენტების კლარკის მნიშვნელობების შეცვლაში.
დედამიწის ქერქში ქიმიური ცვლილებების ძირითადი ტენდენციები. მატერიის დიდი ციკლი დედამიწის ქერქში.
ნივთიერებების ციკლი. დედამიწის ქერქის ნივთიერება უწყვეტ მოძრაობაშია, რაც გამოწვეულია ფიზიკურ და ქიმიურთან დაკავშირებული სხვადასხვა მიზეზით. მატერიის თვისებები, პლანეტარული, გეოლოგიური, გეოგრაფიული და ბიოლოგიური. დედამიწის პირობები. ეს მოძრაობა უცვლელად და განუწყვეტლივ ხდება გეოლოგიური დროის განმავლობაში - მინიმუმ ერთი და ნახევარი და, როგორც ჩანს, არაუმეტეს სამი მილიარდი წლის განმავლობაში. ბოლო წლებში გაიზარდა გეოლოგიური ციკლის ახალი მეცნიერება - გეოქიმია, რომელსაც ქიმიის შესწავლის ამოცანა აქვს. ელემენტები, რომლებიც ქმნიან ჩვენს პლანეტას. მისი შესწავლის მთავარი საგანია ქიმიური მოძრაობები. დედამიწის ნივთიერების ელემენტები, არ აქვს მნიშვნელობა რა იწვევს ამ მოძრაობებს. ელემენტების ამ მოძრაობას ქიმიური მიგრაცია ეწოდება. ელემენტები. მიგრაციებს შორის არის ისეთებიც, რომლის დროსაც ქიმ ელემენტი აუცილებლად უბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას უფრო ხანგრძლივი ან მოკლე პერიოდის შემდეგ; ასეთი ქიმიკატების ისტორია. ამგვარად, დედამიწის ქერქის ელემენტები შეიძლება შემცირდეს. შექცევად პროცესამდე და წარმოდგენილია წრიული პროცესის, ციკლის სახით. ამ ტიპის მიგრაცია დამახასიათებელია არა ყველა ელემენტისთვის, არამედ მათი მნიშვნელოვანი რაოდენობისთვის, მათ შორის ქიმიური ელემენტების აბსოლუტური უმრავლესობისთვის. ელემენტები, რომლებიც ქმნიან მცენარეულ ან ცხოველურ ორგანიზმებს და ჩვენს გარშემო არსებულ გარემოს - ოკეანეები და წყლები, ქანები და ჰაერი. ასეთი ელემენტებისთვის მათი ატომების მთელი ან დიდი მასა არის ნივთიერებების ციკლში, მათი მხოლოდ უმნიშვნელო ნაწილია დაფარული ციკლებით. ეჭვგარეშეა, რომ დედამიწის ქერქის მასალის უმეტესი ნაწილი 20-25 კმ სიღრმეზე დაფარულია ნაოჭებით. შემდეგი ქიმ. ელემენტები, წრიული პროცესები დამახასიათებელი და დომინანტია მათ მიგრაციებს შორის (რიცხვი მიუთითებს რიგით რიცხვს). H, Be4, B5, C«, N7, 08, P9, Nan, Mg12, Aha, Sii4, Pi5, Sie, Cli7, K19, Ca2o, Ti22, V23, Cr24, Mn25, Fe2e, Co27, Ni28, Cu29, Zn30 , Ge32, As33,Se34, Sr38,Mo42, Ag47,Cd48, Sn50, Sb51, Te62, Ba56) W74, Au79,Hg80,T]81,Pb82,Bi83. ეს ელემენტები ამ საფუძველზე შეიძლება გამოიყოს სხვა ელემენტებისაგან, როგორც ციკლური ან ორგანული ელემენტები. რომ. ციკლები ახასიათებს მენდელეევის სისტემაში შემავალი 92 ელემენტიდან 42 ელემენტს და ეს რიცხვი მოიცავს ყველაზე გავრცელებულ დომინანტურ მიწიერ ელემენტებს.
მოდით ვისაუბროთ ციკლონების პირველ სახეობაზე, რომელიც მოიცავს ბიოგენურ მიგრაციას. ეს კ იჭერს ბიოსფეროს (ანუ ატმოსფეროს, ჰიდროსფეროს, ამინდის ქერქს). ჰიდროსფეროს ქვეშ ისინი იჭერენ ბაზალტის გარსს, რომელიც უახლოვდება ოკეანის ფსკერს. მიწის ქვეშ ისინი, დეპრესიების თანმიმდევრობით, იკავებენ დანალექი ქანების (სტრატოსფეროს), მეტამორფული და გრანიტის ჭურვების სისქეს და შედიან ბაზალტის გარსში. დედამიწის სიღრმიდან, ბაზალტის გარსის მიღმა მდგომი, დედამიწის ნივთიერება არ ცვივა დაკვირვებულ კ-ში, ასევე არ ვარდება მათში ზემოდან სტრატოსფეროს ზედა ნაწილების გამო. რომ. ქიმიური ციკლები ელემენტები არის ზედაპირული ფენომენი, რომელიც ხდება ატმოსფეროში 15-20 კმ სიმაღლეზე (არაუმეტეს), ხოლო ლითოსფეროში არაუმეტეს 15-20 კმ სიმაღლეზე. ყოველი კ., რათა ის მუდმივად განახლდეს, მოითხოვს გარე ენერგიის შემოდინებას. ორი მთავარია ცნობილი და ეჭვგარეშეა. ასეთი ენერგიის წყარო: 1) კოსმოსური ენერგია - გამოსხივება მზისგან (ბიოგენური მიგრაცია თითქმის მთლიანად მასზეა დამოკიდებული) და 2) ატომური ენერგია, რომელიც დაკავშირებულია 78 სერიის ელემენტების რადიოაქტიურ დაშლასთან, ა შეიძლება განვასხვავოთ სიზუსტის ნაკლები ხარისხი, მექანიკური ენერგია, რომელიც დაკავშირებულია დედამიწის მასების მოძრაობასთან (მიზიდულობის გამო) და, ალბათ, ზემოდან შეღწევად კოსმოსურ ენერგიასთან (ჰესის სხივები).
ბორბლები, რომლებიც მოიცავს დედამიწის რამდენიმე ფენას, მიმდინარეობს ნელა, გაჩერებებით და მხოლოდ გეოლოგიურ დროში ჩანს. ისინი ხშირად მოიცავს რამდენიმე გეოლოგიურ პერიოდს. ისინი გამოწვეულია გეოლოგიით, ხმელეთისა და ოკეანის გადაადგილებით. კ-ის ნაწილებს შეუძლიათ სწრაფად გადაადგილება (მაგალითად, ბიოგენური მიგრაცია).
| " |
